package com.eddie.graph;


import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * @author Eddie
 * @date 2022/08/15 12:17
 **/
public class Graph {

    /**
     * 存储顶点的集合
     */
    private List<String> vertexList;

    /**
     * 存储图对应的邻接矩阵
     */
    private int[][] edges;

    /**
     * 表示边的数目
     */
    private int numOfEdges;

    /**
     * 定义数组Boolean[]，记录某个顶点是否被访问过
     */
    private boolean[] isVisited;

    /**
     * 构造器
     *
     * @param n 顶点的个数
     */
    public Graph(int n) {
        //初始化矩阵和list
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<>(n);
        //初始化边的条数为0，不写默认也为0
        numOfEdges = 0;
        isVisited = new boolean[n];
    }

    /**
     * 得到第一个邻接节点的下标w
     *
     * @param index 节点的下标
     * @return 如果存在就返回对应下标
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {
            //获取传入的第index元素的第一个邻接节点下标
            if (edges[index][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 根据前一个邻接节点的下标来获取下一个邻接节点
     */
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int i = v2 + 1; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[v1][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 深度优先遍历算法
     *
     * @param i 第一次就是0
     */
    public void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //首先访问该节点
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        //将节点设置为已经访问过,
        isVisited[i] = true;
        //查找节点i的第一个邻接节点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        //说明有邻接节点
        while (w != -1) {
            //该节点的第一个邻接节点没有被访问过
            if (!isVisited[w]) {
                //就递归去遍历该节点的第一个邻接节点
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果w节点已经被访问过
            //就获取该节点的这个邻接节点的下一个邻接节点
            //如果没获取到就设置为-1则直接退出循环
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }

    /**
     * 对dfs进行一个重载,遍历所有的节点进行dsf
     */
    public void dfs() {
        //遍历所有的节点进行dfs【回溯】
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            //如果该节点没有被访问过
            //说明：
            //1、因为在dnf有参方法中，如果找到了一个为访问的节点，那么就会设置为访问过
            //  比如 i为0那么dfs(i)中就会把isVisted[i]设置为true,在该方法中遍历到下一个邻接节点b也会把isVistied[1]设置为true
            //  这样第0次递归结束后，b，c都会设置为true，在接下来的两次循环中都不会再进入dfs遍历，只会从没有访问过的元素去遍历
            if (!isVisited[i]) {
                //将Boolean数组放入dfs方法，该方法内部会遍历当前下标为i的节点的所有邻接节点包括i自己
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 对一个节点进行广度优先遍历的方法
     */
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //表示队列的头节点对应下标
        int u;
        //邻接节点w
        int w;
        //队列，记录节点访问的顺序
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        //访问节点，输出节点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "=>");
        //标记为以访问
        isVisited[i] = true;
        //将节点加入队列
        queue.addLast(i);
        while (!queue.isEmpty()) {
            //去出队列的头节点下标
            //取出队列头部元素并删除
            u = queue.removeFirst();
            //得到第一个邻接节点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {
                //是否访问过
                if (!isVisited[w]) {
                    //访问w
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    //标记为已经访问过
                    isVisited[w] = true;
                    //入队列
                    queue.addLast(w);
                }
                //以u为起始节点，找w后面的下一个邻接节点
                //体现出广度优先
                w = getNextNeighbor(u, w);
            }
        }

    }

    /**
     * 遍历所有的节点都进行广度优先搜索
     */
    public void bfs() {
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 显示图对应的矩阵
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] edge : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(edge));
        }
    }

    /**
     * 返回节点的个数
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    /**
     * 得到边的数目
     */
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    /**
     * 返回节点i（下标）对应的值 0-> "A" 1-> "B" 2-> "C"
     */
    public String getValueByIndex(int index) {
        return vertexList.get(index);
    }

    /**
     * 返回v1 和 v2的权值，就是两个点的权值
     */
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }


    /**
     * 插入顶点
     *
     * @param vertex 顶点字符串
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     * 添加描边
     *
     * @param v1     表示点的下标 -> 是第几个顶点
     * @param v2     第二个顶点对应的下标
     * @param weight 权值->1，0（是否连通1->是。0->不通）
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        //因为是无向图，所以这里给两点之间都设置权值->1,0
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        //将边数量加1
        numOfEdges++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //测试图是否创建成功
        //节点的个数
        int n = 5;
        String[] vertexArr = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        for (String s : vertexArr) {
            graph.insertVertex(s);
        }
        //添加边
        //A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);
        //显示邻接矩阵
        graph.showGraph();

//        System.out.println("深度优先遍历（DFS）");
//        graph.dfs();
        System.out.println("广度优先遍历（BFS）");
        graph.bfs();
    }
}
